KR102665903B1 - fluid flow control device - Google Patents
fluid flow control device Download PDFInfo
- Publication number
- KR102665903B1 KR102665903B1 KR1020227005975A KR20227005975A KR102665903B1 KR 102665903 B1 KR102665903 B1 KR 102665903B1 KR 1020227005975 A KR1020227005975 A KR 1020227005975A KR 20227005975 A KR20227005975 A KR 20227005975A KR 102665903 B1 KR102665903 B1 KR 102665903B1
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- piezoelectric component
- flow
- diaphragm
- actuating
- component
- Prior art date
Links
- 239000012530 fluid Substances 0.000 title claims abstract description 64
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 39
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 claims abstract description 27
- 230000008569 process Effects 0.000 claims abstract description 27
- 238000004891 communication Methods 0.000 claims abstract description 17
- 230000000903 blocking effect Effects 0.000 claims description 9
- 230000001276 controlling effect Effects 0.000 claims description 9
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 claims description 3
- 230000001939 inductive effect Effects 0.000 claims description 2
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 8
- 230000004044 response Effects 0.000 description 4
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 3
- 230000033228 biological regulation Effects 0.000 description 2
- 230000008859 change Effects 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 230000004043 responsiveness Effects 0.000 description 2
- 230000003321 amplification Effects 0.000 description 1
- 238000005452 bending Methods 0.000 description 1
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 230000004941 influx Effects 0.000 description 1
- 230000001788 irregular Effects 0.000 description 1
- 238000002955 isolation Methods 0.000 description 1
- 238000003199 nucleic acid amplification method Methods 0.000 description 1
- 230000000284 resting effect Effects 0.000 description 1
- 230000003068 static effect Effects 0.000 description 1
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
- F16K—VALVES; TAPS; COCKS; ACTUATING-FLOATS; DEVICES FOR VENTING OR AERATING
- F16K7/00—Diaphragm valves or cut-off apparatus, e.g. with a member deformed, but not moved bodily, to close the passage ; Pinch valves
- F16K7/12—Diaphragm valves or cut-off apparatus, e.g. with a member deformed, but not moved bodily, to close the passage ; Pinch valves with flat, dished, or bowl-shaped diaphragm
- F16K7/14—Diaphragm valves or cut-off apparatus, e.g. with a member deformed, but not moved bodily, to close the passage ; Pinch valves with flat, dished, or bowl-shaped diaphragm arranged to be deformed against a flat seat
- F16K7/16—Diaphragm valves or cut-off apparatus, e.g. with a member deformed, but not moved bodily, to close the passage ; Pinch valves with flat, dished, or bowl-shaped diaphragm arranged to be deformed against a flat seat the diaphragm being mechanically actuated, e.g. by screw-spindle or cam
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
- F04B—POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
- F04B43/00—Machines, pumps, or pumping installations having flexible working members
- F04B43/02—Machines, pumps, or pumping installations having flexible working members having plate-like flexible members, e.g. diaphragms
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
- F16K—VALVES; TAPS; COCKS; ACTUATING-FLOATS; DEVICES FOR VENTING OR AERATING
- F16K31/00—Actuating devices; Operating means; Releasing devices
- F16K31/004—Actuating devices; Operating means; Releasing devices actuated by piezoelectric means
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
- F16K—VALVES; TAPS; COCKS; ACTUATING-FLOATS; DEVICES FOR VENTING OR AERATING
- F16K31/00—Actuating devices; Operating means; Releasing devices
- F16K31/004—Actuating devices; Operating means; Releasing devices actuated by piezoelectric means
- F16K31/005—Piezoelectric benders
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
- F16K—VALVES; TAPS; COCKS; ACTUATING-FLOATS; DEVICES FOR VENTING OR AERATING
- F16K31/00—Actuating devices; Operating means; Releasing devices
- F16K31/004—Actuating devices; Operating means; Releasing devices actuated by piezoelectric means
- F16K31/005—Piezoelectric benders
- F16K31/006—Piezoelectric benders having a free end
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
- F16K—VALVES; TAPS; COCKS; ACTUATING-FLOATS; DEVICES FOR VENTING OR AERATING
- F16K31/00—Actuating devices; Operating means; Releasing devices
- F16K31/004—Actuating devices; Operating means; Releasing devices actuated by piezoelectric means
- F16K31/007—Piezoelectric stacks
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
- F16K—VALVES; TAPS; COCKS; ACTUATING-FLOATS; DEVICES FOR VENTING OR AERATING
- F16K31/00—Actuating devices; Operating means; Releasing devices
- F16K31/12—Actuating devices; Operating means; Releasing devices actuated by fluid
- F16K31/122—Actuating devices; Operating means; Releasing devices actuated by fluid the fluid acting on a piston
- F16K31/1221—Actuating devices; Operating means; Releasing devices actuated by fluid the fluid acting on a piston one side of the piston being spring-loaded
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
- F16K—VALVES; TAPS; COCKS; ACTUATING-FLOATS; DEVICES FOR VENTING OR AERATING
- F16K31/00—Actuating devices; Operating means; Releasing devices
- F16K31/12—Actuating devices; Operating means; Releasing devices actuated by fluid
- F16K31/126—Actuating devices; Operating means; Releasing devices actuated by fluid the fluid acting on a diaphragm, bellows, or the like
- F16K31/1262—Actuating devices; Operating means; Releasing devices actuated by fluid the fluid acting on a diaphragm, bellows, or the like one side of the diaphragm being spring loaded
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
- F16K—VALVES; TAPS; COCKS; ACTUATING-FLOATS; DEVICES FOR VENTING OR AERATING
- F16K37/00—Special means in or on valves or other cut-off apparatus for indicating or recording operation thereof, or for enabling an alarm to be given
- F16K37/0025—Electrical or magnetic means
- F16K37/0041—Electrical or magnetic means for measuring valve parameters
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
- F16K—VALVES; TAPS; COCKS; ACTUATING-FLOATS; DEVICES FOR VENTING OR AERATING
- F16K37/00—Special means in or on valves or other cut-off apparatus for indicating or recording operation thereof, or for enabling an alarm to be given
- F16K37/0025—Electrical or magnetic means
- F16K37/005—Electrical or magnetic means for measuring fluid parameters
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
- F16K—VALVES; TAPS; COCKS; ACTUATING-FLOATS; DEVICES FOR VENTING OR AERATING
- F16K7/00—Diaphragm valves or cut-off apparatus, e.g. with a member deformed, but not moved bodily, to close the passage ; Pinch valves
- F16K7/12—Diaphragm valves or cut-off apparatus, e.g. with a member deformed, but not moved bodily, to close the passage ; Pinch valves with flat, dished, or bowl-shaped diaphragm
- F16K7/126—Diaphragm valves or cut-off apparatus, e.g. with a member deformed, but not moved bodily, to close the passage ; Pinch valves with flat, dished, or bowl-shaped diaphragm the seat being formed on a rib perpendicular to the fluid line
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
- F16K—VALVES; TAPS; COCKS; ACTUATING-FLOATS; DEVICES FOR VENTING OR AERATING
- F16K7/00—Diaphragm valves or cut-off apparatus, e.g. with a member deformed, but not moved bodily, to close the passage ; Pinch valves
- F16K7/12—Diaphragm valves or cut-off apparatus, e.g. with a member deformed, but not moved bodily, to close the passage ; Pinch valves with flat, dished, or bowl-shaped diaphragm
- F16K7/14—Diaphragm valves or cut-off apparatus, e.g. with a member deformed, but not moved bodily, to close the passage ; Pinch valves with flat, dished, or bowl-shaped diaphragm arranged to be deformed against a flat seat
-
- G—PHYSICS
- G05—CONTROLLING; REGULATING
- G05D—SYSTEMS FOR CONTROLLING OR REGULATING NON-ELECTRIC VARIABLES
- G05D7/00—Control of flow
- G05D7/06—Control of flow characterised by the use of electric means
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N30/00—Piezoelectric or electrostrictive devices
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Automation & Control Theory (AREA)
- Electrically Driven Valve-Operating Means (AREA)
- Flow Control (AREA)
Abstract
입구, 출구, 작동 메카니즘 및 다이어프램을 포함하는 프로세스 유체 유동 제어 디바이스로서; 상기 다이어프램은 상기 출구 및/또는 상기 입구와 직접 작동 연통하고; 상기 메카니즘은 구동 압전 구성요소를 포함하고, 상기 디바이스는: 상기 다이어프램에 가해지는 힘을 조정하도록 상기 구동 압전 구성요소를 사용하여, 제 1 레이트 범위 내에서 상기 디바이스를 통한 프로세스 유체의 유동을 조절하도록 구성된다.A process fluid flow control device comprising an inlet, an outlet, an operating mechanism and a diaphragm; the diaphragm is in direct operative communication with the outlet and/or the inlet; The mechanism includes a driven piezoelectric component, the device configured to: use the driven piezoelectric component to adjust a force applied to the diaphragm to regulate flow of process fluid through the device within a first rate range. It is composed.
Description
질량 유동 제어기 (MFC) 는 액체 및 가스의 유동을 측정하고 제어하는데 사용되는 디바이스이다.A mass flow controller (MFC) is a device used to measure and control the flow of liquids and gases.
질량 유동 제어기는 특정 유량의 범위에서 특정 유형의 액체 또는 가스를 제어하도록 설계되고 보정된다. MFC 에는 그 전체 스케일 범위의 0 내지 100% 의 설정점이 주어질 수 있지만, 전형적으로 전체 스케일의 10 내지 90% 에서 작동되며, 여기서 최상의 정확도가 달성된다. 그 후, 디바이스는 주어진 설정점으로의 유량을 제어할 것이다. MFC 는 아날로그 또는 디지털일 수 있다. 디지털 유동 제어기는 통상적으로 하나 초과의 유형의 유체를 제어할 수 있는 반면, 아날로그 제어기는 보정된 유체로 제한된다.Mass flow controllers are designed and calibrated to control a specific type of liquid or gas over a specific range of flow rates. The MFC can be given a set point from 0 to 100% of its full scale range, but is typically operated from 10 to 90% of full scale, where the best accuracy is achieved. The device will then control the flow rate to a given set point. MFC can be analog or digital. Digital flow controllers are typically capable of controlling more than one type of fluid, whereas analog controllers are limited to calibrated fluids.
모든 질량 유동 제어기들은 입구 포트, 출구 포트, 질량 유동 센서 및 비례 제어 밸브를 갖는다. MFC 에는, 질량 유동 센서로부터의 값과 비교하고 그에 따라 비례 밸브를 조정하여 필요한 유동을 달성하는 오퍼레이터 (또는 외부 회로/컴퓨터) 에 의해 입력 신호가 주어지는 폐루프 제어 시스템이 장착된다. 유량은 보정된 전체 스케일 유동의 백분율로서 지정되고 전압 신호로서 MFC 에 공급된다.All mass flow controllers have an inlet port, an outlet port, a mass flow sensor, and a proportional control valve. The MFC is equipped with a closed loop control system where input signals are given by an operator (or external circuit/computer) which compares the values from the mass flow sensor and adjusts the proportional valves accordingly to achieve the required flow. The flow rate is specified as a percentage of the corrected full scale flow and is supplied to the MFC as a voltage signal.
질량 유동 제어기들은 공급 가스 또는 액체가 특정 압력 범위 내에 있을 것을 요구한다. 저압은 유체의 MFC 를 고갈시키고 설정점에 도달하지 못하게 할 것이다. 고압은 불규칙한 유량을 유발할 수 있다.Mass flow controllers require the supply gas or liquid to be within a certain pressure range. Low pressure will deplete the fluid's MFC and prevent it from reaching the set point. High pressure can cause irregular flow.
일 양태에 따르면, 구동 압전 구성요소를 갖는 작동 메카니즘을 각각 포함하는 유체 유동 제어 디바이스들이 제공된다. 이러한 디바이스들은 예를 들어 MFC 이다.According to one aspect, fluid flow control devices are provided, each comprising an actuation mechanism having a driving piezoelectric component. These devices are, for example, MFC.
신규한 디바이스들은 디바이스들을 통과하는 유체에 대한 유동을 변경하기 위한 명령을 완전히 수행하는 응답 시간을 상당히 개선시킬 수 있다.The new devices can significantly improve the response time to fully execute commands to change the flow for fluid passing through the devices.
이들 디바이스들은 또한 일부 상업적으로 이용가능한 MFC 에서, 온/오프 설정에 의해, 그 범위에 대한 단부점들만을 갖는 것보다는, 디바이스들을 통과하는 유체에 대해 미리 설정된 값들의 범위에서 임의의 유량을 정밀하게 설정하는 개선된 능력을 제공할 수 있다.These devices can also be configured to precisely control any flow rate over a range of preset values for the fluid passing through them, rather than having only endpoints to that range by on/off settings, as in some commercially available MFCs. Can provide improved ability to configure
일부 디바이스 실시형태들은 복수의 작동 메카니즘들을 포함하고, 작동 메카니즘들 중 적어도 하나는 구동 압전 구성요소를 포함한다.Some device embodiments include a plurality of actuation mechanisms, at least one of the actuation mechanisms including a driven piezoelectric component.
일 양태에 따르면, 입구, 출구, 작동 메카니즘 및 다이어프램을 포함하는 프로세스 유체 유동 제어 디바이스가 제공되고:According to one aspect, a process fluid flow control device is provided comprising an inlet, an outlet, an actuating mechanism and a diaphragm:
다이어프램은 출구 및/또는 입구와 직접 작동 연통하고;The diaphragm is in direct operative communication with the outlet and/or inlet;
메카니즘은 구동 압전 구성요소를 포함하고,The mechanism includes a driven piezoelectric component,
디바이스는:The device is:
다이어프램에 가해지는 힘을 조정하기 위해 구동 압전 구성요소를 사용하여, 제 1 유량 범위 내에서 디바이스를 통한 프로세스 유체의 유동을 조절하도록 구성된다.and configured to regulate the flow of process fluid through the device within a first flow rate range using the actuating piezoelectric component to adjust the force applied to the diaphragm.
예를 들어, 고순도 가스 라인은 디바이스를 포함할 수 있다.For example, a high purity gas line may include a device.
일부 실시형태들에서, 구동 압전 구성요소는 적층형 구동 압전 구성요소, 및 만곡형 (flexure-type) 구동 압전 구성요소로 이루어진 그룹으로부터 선택된다.In some embodiments, the actuating piezoelectric component is selected from the group consisting of a layered actuating piezoelectric component, and a flexure-type actuating piezoelectric component.
일부 실시형태들에서, 메카니즘은 다이어프램과 직접 작동 연통하는 적어도 하나의 비압전 구동 구성요소를 더 포함하고,In some embodiments, the mechanism further includes at least one non-piezoelectric drive component in direct operative communication with the diaphragm,
디바이스는:The device is:
비압전 구동 구성요소에 가해지는 힘을 조정하도록 구동 압전 구성요소를, 그리고 다이어프램에 힘을 인가하도록 적어도 하나의 비압전 구동 구성요소를 사용하여, 디바이스를 통한 프로세스 유체의 유동을 감소시키거나 차단하도록 더 구성된다.Using a driven piezoelectric component to adjust the force applied to the non-piezoelectric drive component and at least one non-piezoelectric drive component to apply a force to the diaphragm to reduce or block the flow of process fluid through the device. It is more structured.
일부 실시형태들에서, 적어도 하나의 비압전 구동 구성요소는 피스톤을 포함한다.In some embodiments, the at least one non-piezoelectric drive component includes a piston.
일부 실시형태들에서, 디바이스가 정상 개방되고, 이 디바이스는 적어도 하나의 비압전 구동 구성요소에 힘을 인가하여 디바이스를 통한 유동을 차단하기 위한 공압 수단을 더 포함한다.In some embodiments, the device is normally open and the device further includes pneumatic means for applying a force to the at least one non-piezoelectric drive component to block flow through the device.
일부 실시형태들에서, 피스톤은 다이어프램과 접촉하는 제 1 단부 및 압전 구동 구성요소와 접촉하는 제 2 단부를 갖는다.In some embodiments, the piston has a first end contacting the diaphragm and a second end contacting the piezoelectric drive component.
일부 실시형태들에서, 제 2 단부는 압전 구동 구성요소의 자유 단부와 접촉하고,In some embodiments, the second end contacts the free end of the piezoelectric actuation component;
압전 구동 구성요소는 만곡형이다.The piezoelectric actuation component is curved.
일부 실시형태들에서, 디바이스가 정상 폐쇄되고, 이 디바이스는 적어도 하나의 비압전 구동 구성요소에 힘을 인가하기 위한 공압 수단을 더 포함하고, In some embodiments, the device is normally closed, the device further comprising pneumatic means for applying a force to the at least one non-piezoelectric drive component,
디바이스는 공압 수단을 통해 적어도 하나의 비압전 구동 구성요소로의 가압 공기의 유동을 허용하도록 압전 구성요소를 사용하여, 디바이스를 통한 프로세스 유체의 유동을 허용하도록 구성된다.The device is configured to allow flow of process fluid through the device, using a piezoelectric component to allow flow of pressurized air via pneumatic means to the at least one non-piezoelectric drive component.
일부 실시형태들에서, 적어도 하나의 비압전 구동 구성요소는, 구동 압전 구성요소에 인접하고 배럴 내에 꼭 맞게 둘러싸인 상부 부분을 갖는 중공 피스톤을 포함하고;In some embodiments, the at least one non-piezoelectric drive component includes a hollow piston having an upper portion adjacent the drive piezoelectric component and snugly enclosed within the barrel;
구동 압전 구성요소가 사용되지 않을 때, 구동 압전 구성요소는 배럴을 차단하고, 따라서 피스톤을 통한 가압 공기의 통과를 방지한다.When the driven piezoelectric element is not in use, it blocks the barrel and thus prevents passage of pressurized air through the piston.
일부 실시형태들에서, 구동 압전 구성요소가 사용될 때, 가압 공기는 다이어프램에 대하여 피스톤을 가압하는 스프링에 대하여 밀고, 따라서 디바이스를 통한 프로세스 유체의 유동을 허용한다.In some embodiments, when a driven piezoelectric component is used, pressurized air pushes against a spring that presses the piston against the diaphragm, thus allowing flow of process fluid through the device.
일부 실시형태들은, 피스톤의 제 1 위치를 측정하고, 피스톤의 위치를 제 2 미리 결정된 위치로 조절하도록 측정된 위치에 따라서 구동 압전 구성요소를 사용하여, 디바이스를 통해 프로세스 유체의 유동을 미리 결정된 원하는 유동으로 조정하기 위한 수단을 더 포함한다.Some embodiments use a piezoelectric component to measure a first position of a piston and drive the piezoelectric component according to the measured position to adjust the position of the piston to a second predetermined position to direct the flow of process fluid through the device to a predetermined desired position. It further includes means for adjusting to the flow.
다른 양태에 따르면, 전술한 임의의 디바이스들 및 교체 구동 압전 구성요소를 포함하는 적어도 하나의 교체 작동 메카니즘을 포함하는 키트가 제공되고, According to another aspect, a kit is provided comprising any of the devices described above and at least one replacement actuating mechanism comprising a replacement actuating piezoelectric component,
상기 디바이스는 제 1 레이트 범위가 아닌 레이트 범위 내에서 디바이스를 통한 유체의 유동을 조절하기 위해 적어도 하나의 교체 구동 압전 구성요소를 사용하도록 구성된다.The device is configured to use at least one replaceable actuated piezoelectric component to regulate the flow of fluid through the device within a rate range other than the first rate range.
또 다른 양태에 따르면, 입구에서부터 출구로의 유체 유동의 제어를 위한 방법이 제공되며, 상기 방법은 다음을 포함한다:According to another aspect, a method is provided for controlling fluid flow from an inlet to an outlet, the method comprising:
출구 및/또는 입구와 직접 작동 연통하는 다이어프램을 제공하는 단계; providing a diaphragm in direct operative communication with the outlet and/or inlet;
구동 압전 구성요소를 제공하는 단계;providing a driven piezoelectric component;
다이어프램에 가해지는 힘을 조정하도록 구동 압전 구성요소를 사용하여, 제 1 레이트 범위 내에서 디바이스를 통한 유체의 유동을 조절하는 단계.Regulating the flow of fluid through the device within a first rate range using a driven piezoelectric component to adjust the force applied to the diaphragm.
일부 실시형태들은 다음을 더 포함한다:Some embodiments further include:
다이어프램과 직접 작동 연통하는 적어도 하나의 비압전 구동 구성요소를 제공하는 단계;providing at least one non-piezoelectric drive component in direct operative communication with the diaphragm;
비압전 구동 구성요소에 가해지는 힘을 조정하도록 구동 압전 구성요소를 사용하는 단계, 및using the driven piezoelectric component to adjust the force applied to the non-piezoelectric driven component, and
그 후에 적어도 하나의 비압전 구동 구성요소가 다이어프램에 힘을 인가하여 디바이스를 통한 유체의 유동을 감소시키거나 차단하는 단계.thereafter causing the at least one non-piezoelectric drive component to apply a force to the diaphragm to reduce or block the flow of fluid through the device.
일부 실시형태들은 다음을 더 포함한다:Some embodiments further include:
적어도 하나의 비압전 구동 구성요소에 가압 공기를 인가하여, 입구에서부터 출구로의 유체 유동을 차단하는 단계.Applying pressurized air to at least one non-piezoelectric drive component to block fluid flow from the inlet to the outlet.
일부 실시형태들은 다음을 더 포함한다:Some embodiments further include:
적어도 하나의 비압전 구동 구성요소에 가압 공기를 인가하는 단계;applying pressurized air to at least one non-piezoelectric drive component;
적어도 하나의 비압전 구동 구성요소로의 가압 공기의 유동을 허용하도록 압전 구성요소를 사용하여, 입구에서부터 출구로의 유체 유동을 허용하는 단계.Allowing fluid flow from an inlet to an outlet using a piezoelectric component to allow flow of pressurized air to the at least one non-piezoelectric drive component.
일부 실시형태들은 다음을 더 포함한다:Some embodiments further include:
비압전 구동 구성요소의 제 1 위치를 측정하는 단계;measuring a first position of the non-piezoelectric drive component;
피스톤의 위치를 제 2 미리 결정된 위치로 조정하도록 측정된 위치에 따라 구동 압전 구성요소를 사용하여, 입구에서부터 출구로의 유체 유동을 미리 결정된 원하는 유동으로 조정하는 단계.Adjusting the fluid flow from the inlet to the outlet to a predetermined desired flow using a driven piezoelectric component according to the measured position to adjust the position of the piston to the second predetermined position.
일부 실시형태들은 다음을 더 포함한다:Some embodiments further include:
출구로부터 유체의 질량 유동을 측정하는 단계;measuring the mass flow of fluid from the outlet;
측정된 질량 유동을 출구로부터의 미리 결정된 원하는 질량 유동과 비교하는 단계, 및comparing the measured mass flow to a predetermined desired mass flow from the outlet, and
다이어프램에 가해지는 힘을 조정하여 출구로부터의 유체 유동을 원하는 질량 유동으로 조정하도록 구동 압전 구성요소를 사용하는 단계.Using a driven piezoelectric component to adjust the force applied to the diaphragm to adjust the fluid flow from the outlet to a desired mass flow.
이 요약은 이하 도면의 간단한 설명 및 상세한 설명에서 추가로 설명되는 개념들의 선택을 간략한 형태로 도입하기 위해 제공된다. 이 요약은, 청구된 요지의 핵심적인 특징들 또는 본질적인 특징들을 식별하도록 의도되지 않고, 청구된 요지의 범위를 제한하는데 사용되도록 의도되지 않는다.This summary is provided to introduce in a simplified form a selection of concepts that are further described in the Brief Description and Detailed Description of the Figures below. This Summary is not intended to identify key features or essential features of the claimed subject matter, and is not intended to be used to limit the scope of the claimed subject matter.
도면들은 일반적으로 본 명세서에서 논의되는 다양한 실시형태들을 예를 들어 설명하지만, 이에 한정되는 것은 아니다.The drawings generally illustrate, but are not limited to, various embodiments discussed herein.
간단하고 명확한 설명을 위해, 도면에 도시된 요소들은 반드시 축척대로 도시된 것은 아니다. 예를 들어, 일부 요소들의 치수는 명확성을 위해 다른 요소들에 비해 과장될 수 있다. 추가로, 도면 부호들은 도면들 중에서 대응하거나 유사한 요소들을 표시하도록 반복될 수도 있다. 이하 도면을 나열한다.For simplicity and clarity, elements shown in the drawings are not necessarily drawn to scale. For example, the dimensions of some elements may be exaggerated relative to others for clarity. Additionally, reference numerals may be repeated to indicate corresponding or similar elements among the drawings. The drawings are listed below.
도면들에 도시된 요소들의 수는 제한적인 것으로 해석되어서는 안되고 단지 예시적인 것이다.The number of elements shown in the drawings should not be construed as limiting but are illustrative only.
도 1 은 선행 기술의 MFC 를 개략적으로 도시한다.
도 2 는 구동 압전 구성요소를 갖는 MFC 의 개략적인 블록도를 도시한다.
도 3a 는 선행 기술의 적층형 구동 압전 구성요소를 사시도로 도시한다.
도 3b 는 적층형 구동 압전 구성요소를 포함하는 밸브의 사시도를 도시한다.
도 4a 는 탄성 커버를 가진, 통상적으로 상업적으로 입수가능한 선행 기술의 만곡형 구동 압전 구성요소를 사시도로 도시한다.
도 4b 는 커버가 제거된 구성요소를 사시도로 도시한다.
도 4c 는 표면에 고정된 선행 기술의 구동 압전 구성요소의 이동을 측면도로 도시한다.
도 5a 는 디바이스를 위한 작동 메카니즘의 일부인 구동 압전 만곡형 구성요소를 포함하는 MFC 디바이스를 측면도로 도시하며, 이 디바이스는 NO (정상 개방) 이고, 디바이스는 개방 상태에 있다.
도 5b 는 도 5a 에 표시된 디바이스가 폐쇄 상태를 도시한다.
도 6a 는 피스톤을 포함하는 공압 수단, 및 피스톤의 위치를 조정하기 위한 구동 압전 만곡형 구성요소를 갖는 NC (정상 폐쇄) 디바이스를 부분적으로 절취하여 측면도로 도시하고, 디바이스를 통한 유체의 유동을 미리 결정된 원하는 유동으로 조정한다. 디바이스가 폐쇄된 상태에 있다.
도 6b 는 도 6a 에 도시된 디바이스를 개방 상태로 도시한다.Figure 1 schematically shows a prior art MFC.
Figure 2 shows a schematic block diagram of an MFC with driven piezoelectric components.
Figure 3a shows a prior art layered actuated piezoelectric component in a perspective view.
Figure 3b shows a perspective view of a valve including a layered actuating piezoelectric component.
Figure 4a shows in a perspective view a typical commercially available prior art curved drive piezoelectric component with an elastic cover.
Figure 4b shows the component in perspective view with the cover removed.
Figure 4c shows in a side view the movement of a prior art driven piezoelectric element fixed to a surface.
Figure 5a shows in side view an MFC device comprising a driven piezoelectric curved component that is part of the actuation mechanism for the device, which is NO (normally open) and the device is in the open state.
FIG. 5B shows the device shown in FIG. 5A in a closed state.
Figure 6a shows a partially cut-away side view of an NC (normally closed) device with pneumatic means comprising a piston and a driving piezoelectric curved component for adjusting the position of the piston, showing in advance the flow of fluid through the device. Adjust to the desired flow determined. The device is in a closed state.
Figure 6b shows the device shown in Figure 6a in an open state.
도 1 은 선행 기술 MFC (1000') 를 도시한다. MFC (1000') 는 전자장치 (100), 센서 (200), 선행 기술의 제어 밸브 (400') 및 바이패스 (500) 를 포함한다.1 shows a prior art MFC 1000'. MFC 1000' includes electronics 100, sensors 200, prior art control valve 400' and bypass 500.
가스 유동의 제어를 위한 선행 기술의 제어 밸브 (400') 는 전형적으로 솔레노이드 작동 피스톤 (도시되지 않음) 이다. 전자장치 (100) 는 유동을 변경하기 위한 명령을 수신할 수 있다. 이러한 명령은 밸브 (400') 를 통한 유체의 현재 유동의 센서 판독과 비교될 수 있다. 전자장치 (100) 의 설정 및 비교의 결과에 따라, 이러한 밸브 (400') 는 피스톤의 완전한 수축 또는 확장을 허용하여, 유체의 유동을 변화시킨다. 그러나, 이러한 유동 조절은 2 개의 값들 사이에서 제한된다. 더욱이, 피스톤의 이동은 느리고 이에 따라서 원하는 설정점에 도달하는 것은 바람직하지 않게 길 수 있다. 상이한 유동이 요구되는 경우, 밸브 (400') 및 전자장치 (100) 둘 다는 교체를 필요로 하고, 아마도 센서 (200) 도 역시 교체를 필요로 하므로, 전체 MFC (1000') 의 교체를 수반한다.Prior art control valves 400' for control of gas flow are typically solenoid operated pistons (not shown). Electronic device 100 can receive commands to change the flow. These commands can be compared to sensor readings of the current flow of fluid through valve 400'. Depending on the settings of the electronics 100 and the results of the comparison, this valve 400' allows full retraction or expansion of the piston, thereby changing the flow of fluid. However, this flow control is limited between two values. Moreover, the movement of the piston is slow and thus reaching the desired set point may be undesirably long. If a different flow is required, both the valve 400' and the electronics 100 will require replacement, and possibly the sensor 200 as well, thus involving replacement of the entire MFC 1000'. .
일 목적은 향상된 응답성을 갖는 간단한 MFC 를 제공하는 것이다. 다른 목적은 가스 라인을 새로운 원하는 유동 설정들에 적응시키는 용이성을 향상시키는 것이다. 일 양태에 따르면, 입구, 출구, 작동 메카니즘 및 다이어프램을 포함하는 유체 유동 제어 디바이스가 제공되고;One goal is to provide a simple MFC with improved responsiveness. Another objective is to improve the ease of adapting the gas line to new desired flow settings. According to one aspect, a fluid flow control device is provided including an inlet, an outlet, an actuation mechanism and a diaphragm;
다이어프램은 출구 및/또는 입구와 직접 작동 연통하고;The diaphragm is in direct operative communication with the outlet and/or inlet;
메카니즘은 구동 압전 구성요소를 포함하고,The mechanism includes a driven piezoelectric component,
디바이스는:The device is:
다이어프램에 가해지는 힘을 조정하기 위해 구동 압전 구성요소를 사용하여, 제 1 레이트 범위 내에서 디바이스를 통한 유체의 유동을 조절하도록 구성된다.and configured to regulate flow of fluid through the device within a first rate range using the actuating piezoelectric component to adjust the force applied to the diaphragm.
"직접 작동 연통" 은, 일부 실시형태들을 상세히 설명할 때 이하에 도시되고 설명되는 바와 같이, 다이어프램이, 일부 사용 상태에서, 입구 및/또는 출구와 직접 접촉하고 및/또는 그 사이에 있는 것을 의미한다.“Direct acting communication” means that the diaphragm, in some use conditions, is in direct contact with and/or between the inlet and/or outlet, as shown and described below when describing certain embodiments in detail. do.
JP H04370401 은 유체를 운반할 수 있는 디바이스에 관한 것이다. 이 디바이스는 입력 포트와 출력 포트 사이의 연통을 차단하기 위해 밸브 로드에 연결된 다이어프램 또는 피스톤에 작용하는 압력을 제어하는 노즐 플래퍼 구동 메카니즘을 포함한다. 출력 포트 측 상의 검출된 압력에 기초하여 노즐 플래퍼의 변위를 제어함으로써 출력 압력을 제어할 수 있는 전기공압식 조절기가 설명된다.JP H04370401 relates to a device capable of transporting fluid. The device includes a nozzle flapper drive mechanism that controls the pressure acting on a diaphragm or piston connected to the valve rod to block communication between the input and output ports. An electropneumatic regulator capable of controlling output pressure by controlling the displacement of a nozzle flapper based on detected pressure on the output port side is described.
노즐 플래퍼 구동 메카니즘은 압전 구성요소를 포함한다. 그러나, JP H04370401 내의 다이어프램은 입구 (그 내부의 입력 포트(2)) 및/또는 출구 (그 내부의 출력 포트 (3)) 와 직접 연통하지 않는다. 오히려, 그 내부의 다이어프램은 입구 및 출구로부터 멀리 떨어진 제어 압력 챔버에 위치되고, 출력 압력을 조정하는 역할을 한다. 다이어프램의 사용은 다이어프램이 피스톤을 밀게 한다.The nozzle flapper drive mechanism includes piezoelectric components. However, the diaphragm in JP H04370401 does not directly communicate with the inlet (input port 2 therein) and/or the outlet (output port 3 therein). Rather, the diaphragm therein is located in a control pressure chamber remote from the inlet and outlet and serves to regulate the output pressure. The use of a diaphragm allows the diaphragm to push the piston.
JP H04370401 에 설명된 디바이스는 질량 유동을 미세 조정하는 것을 허용하지 않는다. 개선된 유동 제어의 다른 목적을 위해 전반적으로 훨씬 더 간단한 디바이스를 발명하였다.The device described in JP H04370401 does not allow fine tuning of the mass flow. For the other purpose of improved flow control an overall much simpler device was invented.
도 2 는 구동 압전 구성요소 (422") 를 포함하는 액추에이터 또는 작동 메카니즘 (420") 을 갖는 밸브 (400") 를 포함하는 MFC (1000") 의 개략적인 블록도를 도시한다. 출구 및/또는 입구 (도시되지 않음) 와 직접 작동 연통하는 다이어프램이 있다.2 shows a schematic block diagram of an MFC 1000" including a valve 400" with an actuator or actuation mechanism 420" including an actuating piezoelectric component 422". There is a diaphragm in direct operational communication with the outlet and/or inlet (not shown).
통상적으로 밸브 (400") 의 하류에 위치된 질량 유동의 센서 (200) 는 액추에이터 (420") 에 명령을 송신하는 PLC (프로그래밍가능한 로직 제어기) (300) 에 보고할 수 있다. 새로운 유동 체제를 위한 MFC (1000") 를 변경하는 것은, 구동 압전 구성요소 (422") 를 다른 상이한 범위의 용량들로 변경하는 것 (구동 압전 구성요소 (422") 로부터 액추에이터 (420") 로 2 개의 와이어를 분리하는 것), 그리고 PLC (300) 및 종종 센서 (200) 를 또한 정확하게 측정할 수 있는 질량 유동의 범위에 따라서 재사용하는것 만큼 쉽고 간단할 수 있다.A sensor of mass flow 200, typically located downstream of the valve 400", may report to a PLC (programmable logic controller) 300, which transmits commands to the actuator 420". Modifying the MFC 1000" for a new flow regime involves changing the actuating piezoelectric component 422" to a different range of capacities (from the actuating piezoelectric component 422" to the actuator 420"). It can be as simple as disconnecting the two wires), and reusing the PLC 300 and often the sensor 200 as well, depending on the range of mass flows that can be accurately measured.
일반적으로 말하면, 3 가지 유형의 피에조 모터가 있다. 가장 일반적인 유형은 충격 구동식 스틱 슬립 피에조 모터이다. 제 2 범주는 워킹 피에조 모터라고도 불리는 스텝퍼 유형의 피에조 모터로 구성되고, 이는 높은 힘을 적용하는데 일반적으로 사용된다. 제 3 유형은 초음파 또는 공진형 피에조 모터이다. 3 가지 유형 모두 특정 장점과 용도를 가지고 있으며, 작동 원리를 보다 자세히 검토하여 설명할 수 있고, 예를 들어 https://xeryon.com/technology/how-do-piezo-motors-work/ 을 참조하면 된다.Generally speaking, there are three types of piezo motors. The most common type is the impulse-driven stick-slip piezo motor. The second category consists of stepper type piezo motors, also called walking piezo motors, which are commonly used to apply high forces. The third type is ultrasonic or resonant piezo motors. All three types have specific advantages and uses, which can be explained by examining their working principles in more detail, see for example https://xeryon.com/technology/how-do-piezo-motors-work/ do.
도 3a 는 MFC 용 디바이스 (도시하지 않음) 에 사용될 수 있는 선행 기술의 적층형 구동 압전 구성요소 (422"') 를 도시한다. 도 3b 는 액추에이터 본체 (423"') 내에 위치하고 다이어프램 (도시되지 않음) 에 결합되어 다이어프램에 가해지는 힘을 조절하여 제 1 레이트 범위 내에서 디바이스를 통한 유체의 유동을 조절하는 적층형 구동 압전 구성요소 (도시되지 않음) 를 포함하는 밸브 (400"') 의 사시도를 도시한다.Figure 3a shows a prior art layered actuating piezoelectric component 422"' that can be used in a device (not shown) for an MFC. Figure 3b shows a diaphragm (not shown) located within the actuator body 423"'. A perspective view of a valve 400"' is shown, including a layered actuated piezoelectric component (not shown) coupled to the diaphragm to adjust the force applied to the diaphragm to regulate the flow of fluid through the device within a first rate range. .
질량 유량 제어의 사용을 위한 이러한 특정 유형의 구동 구성요소의 장점은, 통상적으로 수 마이크로초의 매우 빠른 응답 레이트이고, 비교적 강력하며, 따라서 일부 실시형태에서, 이러한 것이 필요할 때, 유동의 완전한 차단을 허용한다는 것이다.The advantages of this particular type of drive component for use in mass flow control are a very fast response rate, typically of a few microseconds, and being relatively robust, thus allowing, in some embodiments, complete isolation of flow when this is required. It means doing it.
일부 상업적으로 이용가능한 작동 메카니즘들이 또한 강력하고 빠르고 따라서 또한 양호한 차단 밸브들이지만, 그러한 상업적 디바이스들에는 임의의 적층형 구동 압전 구성요소가 없고, 따라서 유동은 그들에서 단지 제로 또는 특정 값으로 설정될 수 있는 반면, 이러한 적층형 구동 압전 구성요소를 갖는 본 발명의 디바이스는 최대 유량까지 불연속적인 값들로의 유동의 강력하고 빠른 차단 및 미세 조정 모두를 허용할 수 있다.Although some commercially available actuation mechanisms are also powerful and fast and therefore also good shut-off valves, such commercial devices do not have any layered actuating piezoelectric components, and thus the flow in them can only be set to zero or a certain value. On the other hand, the inventive device with such layered actuated piezoelectric components can allow both strong and fast blocking and fine tuning of the flow to discrete values up to a maximum flow rate.
구성요소의 최대 이동 거리는 통상적으로 약 80 ㎛ 이고, 최대 구동력은 9600 N 이다. 구성요소에 인가된 전압이 중지되면, 구성요소는 이동하지 않는 위치로 복귀한다.The maximum movement distance of the component is typically about 80 μm and the maximum driving force is 9600 N. When the voltage applied to the component is stopped, the component returns to its non-moving position.
이러한 구성요소를 포함하는 유동 제어 디바이스들은 밸브에서 완전한 차단을 가능하게 함으로써 추가적인 차단 구성요소를 생략하는 것을 가능하게 할 수 있고, 질량 유량의 범위 (구성요소의 제로 내지 최대 확장) 가 미리 알려져 있기 때문에 MFC 에 대한 오프-더-쉘프 (off-the-shelf) 센서의 사용을 허용할 수 있다.Flow control devices incorporating these components can enable complete blocking in the valve, thereby making it possible to omit additional blocking components, since the range of mass flow rate (zero to maximum expansion of the component) is known in advance. May allow the use of off-the-shelf sensors for MFC.
도 4a 는, 탄성 커버 (425) 를 가진, 통상적으로 상업적으로 입수가능한 선행 기술의 만곡형 구동 압전 구성요소 (422") 를 도시한다.FIG. 4A shows a conventional, commercially available prior art curved drive piezoelectric component 422″ with an elastic cover 425.
도 4b 는 커버 (425) 가 제거된 구성요소 (422") 를 사시도로 도시한다. 이러한 만곡형 구동 압전 구성요소 (422") 는 캔틸레버 형상, 즉 세장형 형상을 가지며, 자유 제 1 단부 (427b) 를 갖는다. 도 4c 는 제 2 단부 (427a) 에서 표면 (8) 에 고정된 선행 기술의 구동 압전 구성요소 (422") 의 이동을 측면도로 도시한다. 고정부는 자유 단부 (427b) 에서 편향될 수 있는 레버를 위한 거치대로서 작용한다.Figure 4b shows the component 422" in perspective view with the cover 425 removed. This curved drive piezoelectric component 422" has a cantilever shape, i.e. an elongated shape, and has a free first end 427b. ) has. Figure 4c shows in side view the movement of a prior art driven piezoelectric element 422" fixed to the surface 8 at the second end 427a. The fixation has a lever that can be biased at the free end 427b. It acts as a stand for
또한 이 구성요소는 매우 빠른 응답을 가지며 완전한 차단을 가능하게 할 수 있다. 최대 이동 거리는 적층형 구동 압전 구성요소의 최대 이동 거리보다 상당히 길며, 통상적으로 400 마이크로미터이며, 이러한 점에서 많은 액추에이터에 더 적합할 수 있다. 한편으로는, 최대 구동력은 150 N 에서 작다. 따라서, 매우 높은 신뢰성을 요구하는 일부 적용에서, 차단을 완료하기 위해 추가적인 구성요소가 액추에이터에 추가될 수 있다. 구성요소에 인가된 전압이 중지되면, 구성요소는 이동하지 않는 위치로 복귀한다.Additionally, this component has a very fast response and can enable complete blocking. The maximum travel distance is significantly longer than that of layered actuated piezoelectric components, typically 400 micrometers, and in this respect may be more suitable for many actuators. On the one hand, the maximum driving force is small at 150 N. Therefore, in some applications requiring very high reliability, additional components may be added to the actuator to complete the blocking. When the voltage applied to the component is stopped, the component returns to its non-moving position.
이러한 만곡-유도 레버 증폭 구성요소는 통상적으로 매우 컴팩트하고, 따라서 크기가 특히 중요한 고려사항일 수 있는 가스 캐비넷의 크기를 최소화하는 것을 돕는다. 만곡형 구성요소들은 통상적으로 서브-나노미터 범위의 해상도로 높은 위치결정 정확도를 갖고; 응답성과 함께 동적 및 정적 적용 둘 다에 적합하다.These bend-inducing lever amplification components are typically very compact, thus helping to minimize the size of the gas cabinet, where size can be a particularly important consideration. Curved components have high positioning accuracy, typically with resolution in the sub-nanometer range; It is suitable for both dynamic and static applications along with its responsiveness.
이제 일부 실시형태들에 대해 보다 자세히 설명한다. 도 5a 는 디바이스 (400") 를 위한 작동 메카니즘 (420") 의 일부인, 도 4a ~ 도 4c 에 또한 도시된 바와 같은 구동 만곡형 압전 구성요소 (422") 를 포함하는 정상 개방된 [NO] MFC 디바이스 (400") 를 측면도로 도시한다. 디바이스 (400") 는 도 5a 에 개방 상태로 도시되어 있으며, 압전 구성요소 (422") 는 휴지 상태에 있다. 프로세스 유체-질량 유동 제어 디바이스 (400") 는 또한 입구 (412), 출구 (414), 및 다이어프램 (430) 을 포함한다. 다이어프램 (430) 은 출구 (414) 와 직접 작동 연통한다.Some embodiments are now described in more detail. 5A shows a normally open [NO] MFC including a driven curved piezoelectric component 422" as also shown in FIGS. 4A-4C, which is part of an actuation mechanism 420" for device 400". Device 400" is shown in side view. Device 400" is shown in an open state in Figure 5A, with piezoelectric component 422" in a resting state. The process fluid-mass flow control device 400" also includes an inlet 412, an outlet 414, and a diaphragm 430. Diaphragm 430 is in direct operative communication with outlet 414.
다른 실시형태들에서, 다이어프램은 입구 또는 입구 및 출구와 직접 연통할 수 있다는 점에 유의한다. 디바이스 (400") 는 다이어프램 (430) 에 가해지는 힘을 조절하기 위해 구동 압전 구성요소 (422") 를 사용할 수 있다. 이에 따라, 구동 압전 구성요소 (422") 는 제 1 레이트 범위 (423a) 내에서 디바이스 (400") 를 통한 프로세스 유체 (10) 의 유동을 조절한다.Note that in other embodiments, the diaphragm may communicate directly with an inlet or an inlet and an outlet. Device 400" can use actuated piezoelectric component 422" to modulate the force applied to diaphragm 430. Accordingly, the driven piezoelectric component 422" regulates the flow of process fluid 10 through the device 400" within the first rate range 423a.
디바이스 (400") 는 폐쇄된 상태로 도 5b 에 도시되어 있으며, 압전 구성요소 (422") 에 걸쳐 전압이 인가되고, 다이어프램은 출구 (414) 를 폐쇄한다.Device 400" is shown in FIG. 5B in a closed state, with a voltage applied across piezoelectric element 422" and the diaphragm closing outlet 414.
메카니즘 (420") 은 다이어프램 (430) 과 직접 작동 연통하는 비압전 구동 구성요소, 피스톤 (424) 을 더 포함한다. 따라서, 디바이스 (400") 는 비압전 구동 구성요소 (424) 에 가해지는 힘을 조절하기 위해 구동 압전 구성요소 (422") 를 사용할 수 있다. 비압전 구동 구성요소 (424) 는 그 후에 다이어프램 (430) 에 힘을 인가하여, 디바이스 (400") 를 통한 유체 (10) 의 유동을 감소시킨다.Mechanism 420" further includes a non-piezoelectric drive component, a piston 424, in direct operational communication with diaphragm 430. Accordingly, device 400" is capable of controlling the force applied to non-piezoelectric drive component 424. A drive piezoelectric component 422" can be used to regulate . The non-piezoelectric drive component 424 then applies a force to the diaphragm 430 to force the flow of fluid 10 through the device 400". Reduces flow.
다시 말해서, 압전 구성요소 (422") 상의 전압의 인가는 이 압전 구성요소가 피스톤 (424) 을 밀도록 구동시키고, 이 피스톤은 또한 다이어프램 (430) 을 밀게 된다. 이러한 사용 상태에서, 다이어프램 (430) 은 출구 (414) 와 직접 접촉한다.In other words, application of voltage on the piezoelectric component 422" drives this piezoelectric component to push the piston 424, which in turn pushes the diaphragm 430. In this state of use, the diaphragm 430 ) is in direct contact with the outlet 414.
또한, 디바이스 (400") 는 비압전 구동 구성요소 (424) 에 힘을 가하기 위한 공압 수단 (440) 을 더 포함하여, 디바이스 (400") 전체에 걸쳐 유동을 차단한다.Device 400" also includes pneumatic means 440 for applying a force to non-piezoelectric drive component 424, thereby blocking flow throughout device 400".
피스톤 (424) 은 다이어프램과 접촉하는 제 1 단부 (426a) 및 압전 구동 구성요소 (422") 와 접촉하는 제 2 단부 (426b) 를 가짐에 유의해야 한다.It should be noted that the piston 424 has a first end 426a in contact with the diaphragm and a second end 426b in contact with the piezoelectric drive component 422″.
특히, 제 2 단부 (426b) 는 압전 구동 구성요소 (422") 의 자유 단부 (427b) 와 접촉한다.In particular, the second end 426b contacts the free end 427b of the piezoelectric drive component 422″.
제 2 단부 (426b) 는 바람직하게는 구성요소 (422") 의 자유 단부 (427b) 의 팁 바로 아래에 만곡형 압전 구성요소 (422") 에 대해 위치된다. 피스톤의 길이 방향은 이동하도록 의도된 방향과 평행하며 또한 구성요소 (422") 의 일반적인 만곡 방향이다. 따라서, 압전 구성요소 (422") 로의 전압의 인가는 피스톤 (424) 의 최대 이동을 유발하고, 특히 빠르고 민감한 질량 유동 조절을 제공한다.The second end 426b is preferably positioned relative to the curved piezoelectric component 422" directly below the tip of the free end 427b of the component 422". The longitudinal direction of the piston is parallel to the direction in which it is intended to move and is the general direction of curvature of the component 422". Therefore, application of voltage to the piezoelectric component 422" causes maximum movement of the piston 424 and , providing particularly fast and sensitive mass flow control.
도 5a 및 도 5b 에 설명된 실시형태, 및 실제로 본원에 설명된 다른 실시형태들은 상당히 단순한 구조를 가지며 질량 유동의 조절에 사용된다. 구동 압전 구성요소 (422") 는, 예를 들어 컴팩트할 필요가 있는 MFC 시스템에서 질량 유동 조정을 구동하는데 사용하기에 특히 적합할 수 있는 만곡 유도 레버 증폭된다. 또한, 디바이스 (400") 는 다이어프램 (430) 이 공기압을 받아 유동을 차단하도록 구성된다. 다른 실시형태들에서, 차단 능력은 디바이스에 포함될 수 있는 전기적으로 활성화된 비압전 기계식 구성요소들에 의해 제공된다.5A and 5B, and indeed other embodiments described herein, have a fairly simple structure and are used for regulation of mass flow. The actuating piezoelectric component 422" is an amplified bending guide lever that may be particularly suitable for use to drive mass flow control, for example in MFC systems that need to be compact. Device 400" also has a diaphragm (430) It is configured to block the flow by receiving air pressure. In other embodiments, the blocking capability is provided by electrically activated, non-piezoelectric mechanical components that may be included in the device.
압전 구성요소 (422") 만의 사용은 디바이스 (400") 가 폐쇄 상태를 취하게 하지 않고 오히려 디바이스 (400") 를 통한 질량 유동이 압전 구성요소 (422") 에 인가되는 전압에 직접 비례하여 감소하게 할 수 있음에 유의해야 한다.The use of piezoelectric component 422" alone does not cause device 400" to assume a closed state but rather causes mass flow through device 400" to decrease in direct proportion to the voltage applied to piezoelectric component 422". You should be aware that you can do this.
디바이스 (400") 는 피스톤 (424) 에 충돌하는 가압 공기 (11) 로부터의 공기 압력이 다이어프램 (430) 에 압력을 가하도록 구성된다. 압전 구성요소 (422") 와 가압 공기 (11) 의 조합된 힘은 프로세스 유체 (10) 의 유동을 차단하는데 사용될 수 있다. 일부 실시형태들에서, 공압 수단 (440) 은 유동을 차단하기 위해서만 사용된다. 일부 실시형태들에서, 유동을 차단하기 위해 공압 수단 (440) 만이 사용된다.Device 400" is configured such that air pressure from pressurized air 11 impinging on piston 424 exerts pressure on diaphragm 430. The combination of pressurized air 11 with piezoelectric element 422" The applied force can be used to block the flow of process fluid 10. In some embodiments, pneumatic means 440 are used only to block flow. In some embodiments, only pneumatic means 440 are used to block flow.
현재, 이러한 실시형태들은 가장 잘 작동하지만, 다른 실시형태들 또한 만족스럽다고 여겨진다.Currently, these embodiments work best, but other embodiments are also considered satisfactory.
일부 다른 NO 실시형태들에서, 압전 구성요소는 다이어프램과 직접 연통하고, 즉 피스톤이 제거된다.In some other NO embodiments, the piezoelectric component is in direct communication with the diaphragm, ie the piston is eliminated.
일부 실시형태들은 압전 구성요소가 가압 공기의 유동을 제한하고 그에 의해 디바이스를 통한 유체의 유동을 조절하도록 구성된다. 예를 들어, 공압 수단은 공기가 다이어프램의 표면에 공급되는 적어도 하나의 도관을 포함할 수 있고, 구동 압전 구성요소는 도관 내로 이동하여 그 내의 불용 부피/난류를 생성하여 다이어프램에 대한 압력을 감소시키고 유동을 증가시키도록 사용될 수 있다.In some embodiments, the piezoelectric component is configured to restrict the flow of pressurized air and thereby regulate the flow of fluid through the device. For example, the pneumatic means may comprise at least one conduit through which air is supplied to the surface of the diaphragm, wherein the actuating piezoelectric component moves within the conduit to create dead volume/turbulence therein, thereby reducing the pressure on the diaphragm. Can be used to increase flow.
일부 디바이스 실시형태들은 정상 폐쇄된다 (NC). 이들 NC 디바이스들 중 일부는 (피스톤과 같은) 비압전 구동 구성요소 상에 힘을 인가하기 위한 공압 수단을 포함한다. 디바이스는 압전 구성요소를 사용하여 공압 수단을 통해 비압전 구동 구성요소로의 가압 공기의 유동을 허용하고, 이에 의해 디바이스를 통한 유체의 유동을 허용한다.Some device embodiments are normally closed (NC). Some of these NC devices include pneumatic means for applying a force on a non-piezoelectric drive component (such as a piston). The device uses a piezoelectric component to allow the flow of pressurized air via pneumatic means to the non-piezoelectric actuation component, thereby allowing the flow of fluid through the device.
디바이스 실시형태들은 피스톤의 제 1 위치를 측정하기 위한 수단을 더 포함할 수 있다. 측정된 위치에 따라, 구동 압전 구성요소는 피스톤의 위치를 제 2 미리 결정된 위치로 조정하기 위해 사용될 수 있다. 따라서, 디바이스는 이 디바이스를 통한 유체의 유동을 미리 결정된 원하는 유동으로 조정한다.Device embodiments may further include means for measuring the first position of the piston. Depending on the measured position, the actuating piezoelectric component can be used to adjust the position of the piston to a second predetermined position. Accordingly, the device adjusts the flow of fluid through the device to a predetermined desired flow.
이러한 실시형태의 예가 도 6a 에 도시되어 있다. 디바이스 (500) 는 도 6a 에 도시된 바와 같이 정상 폐쇄된다. 피스톤 (524) 은 중공형이고, 구동 압전 구성요소 (522) 에 인접한 상부 부분 (525) 을 가지며, 이는 배럴 (528) 내에 꼭 맞게 둘러싸인다. 구동 압전 구성요소 (522) 가 사용되지 않을 때, 즉 전압이 인가되지 않을 때, 구동 압전 구성요소 (522) 는 배럴 (528) 을 차단하여 피스톤 (524) 을 통한 가압 공기 (11) 의 통과를 방지한다.An example of this embodiment is shown in Figure 6A. Device 500 is normally closed as shown in Figure 6A. The piston 524 is hollow and has an upper portion 525 adjacent the drive piezoelectric component 522, which fits snugly within the barrel 528. When the driven piezoelectric component 522 is not used, i.e., no voltage is applied, the driven piezoelectric component 522 blocks the barrel 528 to prevent the passage of pressurized air 11 through the piston 524. prevent.
도 6b 에 도시된 바와 같이, 구동 압전 구성요소 (522) 가 사용될 때, 구동 압전 구성요소 (522) 는 휘어져서 배럴은 더 이상 차단되지 않고 가압 공기 (11) 가 배럴 (528) 에 진입하여 중공 피스톤 (524) 전체를 통과할 수 있다. 그 후, 가압 공기 (11) 는 스프링 (527) 에 대하여 밀고, 스프링은 다이어프램 (530) 에 대하여 피스톤 (524) 을 가압하여, 디바이스 (500) 를 통한 프로세스 유체의 유동을 허용한다.As shown in FIG. 6B, when the driven piezoelectric component 522 is used, the driven piezoelectric component 522 is bent so that the barrel is no longer blocked and the pressurized air 11 enters the barrel 528 and fills the hollow It can pass through the entire piston (524). Pressurized air 11 then pushes against spring 527, which presses piston 524 against diaphragm 530, allowing flow of process fluid through device 500.
피스톤 (524) 은 그를 따라 표시된 눈금 (gradations; 529) 을 가지며, 이는 특정 눈금을 특정 유동으로 변환할 수 있는 인코더 (550) 에 의해 판독된다.The piston 524 has gradations 529 marked along it, which are read by an encoder 550 that can convert specific gradations into specific flows.
눈금의 판독에 따라, 인코더 (550) 는 배럴 (528) 내로의 가압 공기 (11) 의 유입을 증가 또는 감소시키도록 구동 압전 구성요소 (522) 에 명령한다. 이러한 피드백 제어는 구동 압전 구성요소 (522) 의 매우 빠른 응답성으로 인해 정확한 원하는 유동을 달성하기 위해 여러 번 수행될 수 있다.Depending on the reading of the scale, encoder 550 commands drive piezoelectric component 522 to increase or decrease the influx of pressurized air 11 into barrel 528. This feedback control can be performed multiple times to achieve the exact desired flow due to the very fast response of the driven piezoelectric component 522.
전술한 실시형태들은 이진 제어 (binary control) 보다는 유동의 연속적인 제어를 허용하고, 유동 차단 및 유동 조정 모두를 허용하는데 훨씬 더 효과적일 수 있다.The above-described embodiments allow continuous control of flow rather than binary control and can be much more effective in allowing both flow blocking and flow regulation.
일부 고순도 가스 라인 실시형태들은 전술한 바와 같은 디바이스들을 포함한다.Some high purity gas line embodiments include devices as described above.
구동 압전 구성요소는, 예를 들어 적층형 구동 압전 구성요소; 만곡형 구동 압전 구성요소, 및 모터형 구동 압전 구동요소로 구성되는 그룹으로부터 선택될 수 있다.Actuating piezoelectric components may include, for example, layered actuating piezoelectric components; It may be selected from the group consisting of curved driven piezoelectric elements, and motorized driven piezoelectric elements.
이들 디바이스들 중 임의의 것은 일부 실시형태들에서 비압전 구동 구성요소를 더 포함할 수 있고, 디바이스는 구동 비압전 구성요소가 다이어프램에 힘을 인가하여 디바이스를 통한 유체의 유동을 차단하도록 더 구성된다.Any of these devices may in some embodiments further include a non-piezoelectric drive component, wherein the drive non-piezoelectric component is further configured to apply a force to the diaphragm to block flow of fluid through the device. .
다른 양태에 따르면, 상기 디바이스들 중 임의의 디바이스, 및 복수의 교환가능한 작동 메카니즘들을 포함하는 키트가 제공되며, 복수의 교환가능한 메카니즘들 중 적어도 하나는 구동 압전 구성요소를 포함한다.According to another aspect, a kit is provided comprising any of the above devices and a plurality of interchangeable actuation mechanisms, at least one of the plurality of interchangeable mechanisms comprising an actuating piezoelectric component.
용어에 대한 설명Explanation of Terms
설명에서, 달리 언급되지 않는 한, 본 발명의 실시형태의 특징 또는 특징들의 조건 또는 관계 특성을 수정하는 "실질적으로" 및 "약" 과 같은 형용사들은, 조건 또는 특성이 그것이 의도되는 적용을 위한 실시형태의 작동에 대해 허용가능한 오차 내로 규정된다는 것을 의미하는 것으로 이해되어야 한다.In the description, unless otherwise stated, adjectives such as "substantially" and "about" that modify the condition or relational nature of a feature or feature of the invention mean that the condition or characteristic is carried out for the application for which it is intended. It should be understood to mean that the operation of the form is specified within acceptable tolerances.
본원에 사용된 "아이템" 이라는 용어는 포장되거나 포장되지 않은 상품 또는 상품들의 임의의 물리적으로 알 수 있고 개별적으로 식별가능한 유닛을 의미함에 유의해야 한다. "상부", "하부", "우측", "좌측", "바닥", "아래", "하강된", "낮은", "상단", "위", "승강된", "높은", "수직" 및 "수평" 과 같은 위치 용어 뿐만 아니라 본원에 사용될 수 있는 바와 같은 이들의 문법적 변형은, 반드시 예를 들어 "바닥" 구성요소가 "상단" 구성요소 아래에 있다는 것, 또는 "아래" 에 있는 구성요소가 실제로 다른 구성요소 "아래" 에 있다는 것, 또는 "위" 에 있는 구성요소가 실제로 다른 구성요소 "위" 에 있다는 것을 의미하지는 않으며, 예를 들어 방향, 구성요소 또는 둘 다는 뒤집히거나, 회전하거나, 공간에서 이동하거나, 대각선 방향 또는 위치에 배치되거나, 수평으로 또는 수직으로 배치되거나, 또는 유사하게 수정될 수 있다. 따라서, "바닥", "아래", "상단" 및 "위" 라는 용어는 단지 예시적인 목적들을 위해, 특정 구성요소들의 상대적인 위치결정 또는 배치를 설명하기 위해, 제 1 구성요소 및 제 2 구성요소를 표시하기 위해 또는 둘다를 표시하기 위해 본원에서 사용될 수 있음을 이해할 것이다.It should be noted that the term "item" as used herein refers to any physically identifiable and individually identifiable unit of merchandise or merchandise, packaged or unpackaged. “top”, “bottom”, “right”, “left”, “bottom”, “bottom”, “lowered”, “low”, “top”, “top”, “elevated”, “high”, Positional terms such as “vertical” and “horizontal”, as well as their grammatical variations as used herein, necessarily mean, for example, that a “bottom” component is below a “top” component, or “below” does not mean that a component in is actually "below" another component, or that a component that is "above" is actually "above" another component, for example if the orientation, component, or both are flipped. It can be tilted, rotated, moved in space, positioned diagonally or in a position, positioned horizontally or vertically, or similarly modified. Accordingly, the terms “bottom,” “bottom,” “top,” and “above” are for illustrative purposes only and to describe the relative positioning or arrangement of particular components, such as a first component and a second component. It will be understood that it may be used herein to refer to or both.
"~와 연결" 은 간접적으로 또는 직접적으로 "~와 연결" 을 의미한다.“Connected with” means indirectly or directly “connected with.”
전술한 방법들이 대응하는 설명에 한정되지 않는 것은 중요하다. 예를 들어, 본 방법은 본원에서 그리고/또는 첨부된 도면들에 설명된 바와 비교하여 추가 또는 심지어 더 적은 프로세스들 또는 작동들을 포함할 수 있다. 또한, 상기 방법의 실시형태들은 반드시 본원에 설명되고 도시된 바와 같이 시간순으로 제한되는 것은 아니다.It is important that the methods described above are not limited to the corresponding description. For example, the method may include additional or even fewer processes or operations compared to those described herein and/or in the accompanying drawings. Additionally, embodiments of the method are not necessarily limited to the chronological order as described and shown herein.
청구범위 또는 명세서가 하나의 요소 또는 특징을 지칭하는 경우, 그러한 참조는 그 요소 중 하나만이 있는 것으로 해석되지 않아야 한다. 따라서, 예를 들어 "요소" 또는 "적어도 하나의 요소" 에 대한 언급은 "하나 이상의 요소들" 을 포함할 수도 있다.Where a claim or specification refers to a single element or feature, such reference should not be construed as indicating the presence of only one of those elements. Thus, for example, reference to “an element” or “at least one element” may include “one or more elements.”
달리 언급되지 않는 한, 선택을 위한 옵션 목록의 마지막 2 개의 부재들 사이의 "및/또는" 표현의 사용은 나열된 옵션 중 하나 이상의 선택이 적절하고 수행될 수 있음을 나타낸다.Unless otherwise stated, the use of the expression “and/or” between the last two members of a list of options for selection indicates that selection of one or more of the listed options is appropriate and can be performed.
본원에 사용되는 "사시도" 라는 용어는 또한 "등축도" 를 지칭할 수 있고 그 반대도 가능하다는 점에 유의해야 한다.It should be noted that, as used herein, the term "perspective view" can also refer to "isometric view" and vice versa.
명료함을 위해, 별도의 실시형태들과 관련하여 설명되는 특정 특징은 또한 단일 실시형태의 조합으로 제공될 수 있는 것으로 이해된다. 반대로, 간결화를 위해, 단일의 실시형태, 실시예 및/또는 옵션과 관련하여 설명되는 다양한 특징들은 또한 별도로 또는 임의의 적절한 서브-조합으로 또는 임의의 다른 설명된 실시형태에서 적절하게 제공될 수도 있다. 다양한 실시형태들과 관련하여 설명된 특정 특징들은, 실시형태, 실시예 및/또는 옵션이 그 요소들없이 작동하지 못하지 않으면, 그 실시형태들의 본질적인 특징들로 고려되지 않아야 한다. 따라서, 명확성을 위해, 별개의 실시예들과 관련하여 설명되는, 본원에 개시된 특징들, 구조들, 특성들, 스테이지들, 방법들, 모듈들, 요소들, 엔티티들 또는 시스템들은, 또한 단일 실시예에서 조합하여 제공될 수 있다. 반대로, 명확성을 위해, 단일 실시예들과 관련하여 설명되는, 본원에 개시된 다양한 특징들, 구조들, 특성들, 스테이지들, 방법들, 모듈들, 요소들, 엔티티들 또는 시스템들은, 또한 별개로 또는 임의의 적절한 서브-조합으로 제공될 수 있다.For clarity, it is understood that certain features that are described in connection with separate embodiments may also be provided in combination in a single embodiment. Conversely, for brevity, various features that are described in connection with a single embodiment, example and/or option may also be provided separately or in any suitable sub-combination or in any other described embodiment as appropriate. . Certain features described in connection with various embodiments should not be considered essential features of the embodiments, examples, and/or options without them being inoperable. Accordingly, for clarity, features, structures, characteristics, stages, methods, modules, elements, entities or systems disclosed herein that are described in connection with separate embodiments also refer to a single embodiment. It may be provided in combination in the example. Conversely, for clarity, various features, structures, characteristics, stages, methods, modules, elements, entities or systems disclosed herein that are described in connection with single embodiments may also be described separately. or may be provided in any suitable sub-combination.
"예시적인" 이라는 용어는 본원에서 구현예들 및/또는 실시형태들의 예들을 지칭하는데 사용되며, 보다 바람직한 사용-케이스를 반드시 전달하려는 것을 의미하지는 않음에 유의해야 한다.It should be noted that the term “exemplary” is used herein to refer to examples of implementations and/or embodiments and is not necessarily intended to convey a preferred use-case.
대안적인 및/또는 다른 실시형태들에서, 추가적인, 더 적은, 및/또는 상이한 요소들이 사용될 수 있다.In alternative and/or different embodiments, additional, fewer, and/or different elements may be used.
이러한 설명을 통하여, 다양한 실시형태들은 범위 형식으로 제공될 수 있다. 범위 형식의 설명은 단지 편의성 및 간결성을 위한 것이며 본 발명의 범주에 대한 확고한 제한으로 해석해서는 안된다는 것을 이해해야 한다. 따라서, 범위의 설명은 그 범위 내 개별 수치 값 뿐만 아니라 모든 가능한 하위범위를 특별히 개시하는 것으로 간주되어야 한다. 예를 들어, 1 내지 6 과 같은 범위의 설명은 그 범위 내 개별 수치, 예를 들어 1, 2, 3, 4, 5 및 6 뿐만 아니라 특별히 개시된 하위범위 예컨대 1 내지 3, 1 내지 4, 1 내지 5, 2 내지 4, 2 내지 6, 3 내지 6 등을 가지는 것으로 간주되어야 한다. 이는 범위의 폭과 관계없이 적용된다.Throughout this description, various embodiments may be presented in range format. It is to be understood that the description in scope format is for convenience and brevity only and should not be construed as a firm limitation on the scope of the invention. Accordingly, the description of a range should be regarded as specifically disclosing not only the individual numerical values within that range but also all possible subranges. For example, description of a range such as 1 to 6 refers to individual numbers within that range, such as 1, 2, 3, 4, 5, and 6, as well as specifically disclosed subranges such as 1 to 3, 1 to 4, and 1 to 6. Should be considered to have 5, 2 to 4, 2 to 6, 3 to 6, etc. This applies regardless of the width of the scope.
본원에 수치 범위가 표시될 때마다, 표시된 범위 내에서 해당된다면 임의의 인용된 수치 (분수 (fractional) 또는 정수 (integral)) 를 포함하는 것을 의미한다. 제 1 표시 숫자와 제 2 표시 숫자 "사이의 범위/범위들" 및 제 1 표시 숫자 "내지" 제 2 표시 숫자의 "범위/범위들" 의 문구는 본원에서 상호교환적으로 사용되고, 제 1 표시 숫자 및 제 2 표시 숫자 및 이들 사이의 모든 분수 및 정수 숫자를 포함하는 것을 의미한다.Whenever a numerical range appears herein, it is intended to include any recited numerical value (fractional or integral) if applicable within the indicated range. The phrases "range/ranges between" a first denotation number and a second denotation number and "range/ranges" of a first denotation number to "a" second denotation number are used interchangeably herein, and the first denotation number It is meant to include a number and a second displayed digit and all fractional and integer numbers between them.
양태들은 제한된 수의 실시형태들에 대해 설명되었지만, 이들은 범위 제한들로 해석되어서는 안 되고, 오히려 실시형태들 중 일부의 예들로서 해석되어야 한다.Although aspects have been described with respect to a limited number of embodiments, these should not be construed as scope limitations, but rather as examples of some of the embodiments.
Claims (15)
상기 다이어프램은 상기 출구 및/또는 상기 입구와 직접 작동 연통하고,
상기 작동 메카니즘은 구동 압전 구성요소를 포함하고,
상기 디바이스는,
상기 다이어프램에 가해지는 힘을 조정하기 위해 상기 구동 압전 구성요소를 사용하여, 제 1 레이트 범위 (rate range) 내에서 상기 디바이스를 통한 프로세스 유체의 유동을 조절하도록 구성되고,
상기 작동 메카니즘은, 상기 구동 압전 구성요소에 인접하고 배럴 내에 꼭 맞게 둘러싸인 상부 부분을 가지며 상기 다이어프램과 직접 작동 연통하는 중공 피스톤을 더 포함하고,
상기 디바이스는,
상기 중공 피스톤에 가해지는 힘을 조정하도록 상기 구동 압전 구성요소를, 그리고 상기 다이어프램에 힘을 인가하도록 상기 중공 피스톤을 사용하여, 상기 디바이스를 통한 상기 프로세스 유체의 유동을 감소시키거나 차단하도록 더 구성되며,
상기 디바이스는 정상 폐쇄되고,
상기 디바이스는 상기 중공 피스톤에 힘을 인가하기 위한 공압 수단을 더 포함하고,
상기 디바이스는 공압 수단을 통해 상기 중공 피스톤으로의 가압 공기의 유동을 허용하도록 상기 구동 압전 구성요소를 사용하여, 상기 디바이스를 통한 상기 프로세스 유체의 유동을 허용하도록 구성되고, 상기 구동 압전 구성요소가 사용되지 않을 때, 상기 구동 압전 구성요소는 상기 배럴을 차단하고, 따라서 상기 중공 피스톤을 통한 가압 공기의 통과를 방지하는, 프로세스 유체 유동 제어 디바이스.1. A process fluid flow control device comprising an inlet, an outlet, an actuating mechanism and a diaphragm, comprising:
the diaphragm is in direct operative communication with the outlet and/or the inlet,
The actuating mechanism includes a driving piezoelectric component,
The device is,
configured to regulate the flow of process fluid through the device within a first rate range using the actuating piezoelectric component to adjust the force applied to the diaphragm,
the actuating mechanism further comprising a hollow piston in direct operational communication with the diaphragm, having an upper portion adjacent the drive piezoelectric element and snugly enclosed within a barrel,
The device is,
further configured to reduce or block flow of the process fluid through the device using the drive piezoelectric component to adjust a force applied to the hollow piston and the hollow piston to apply a force to the diaphragm; ,
The device is normally closed,
The device further comprises pneumatic means for applying a force to the hollow piston,
The device is configured to allow flow of the process fluid through the device, using the driven piezoelectric component to allow flow of pressurized air to the hollow piston via pneumatic means, wherein the driven piezoelectric component uses When not, the driven piezoelectric component blocks the barrel, thus preventing passage of pressurized air through the hollow piston.
상기 구동 압전 구성요소는 적층형 구동 압전 구성요소, 및 만곡형 구동 압전 구성요소로 이루어진 그룹으로부터 선택되는, 프로세스 유체 유동 제어 디바이스.According to claim 1,
The process fluid flow control device of claim 1, wherein the actuating piezoelectric component is selected from the group consisting of a layered actuating piezoelectric component, and a curved actuating piezoelectric component.
상기 다이어프램은 상기 출구 및/또는 상기 입구와 직접 작동 연통하고,
상기 작동 메카니즘은 구동 압전 구성요소를 포함하고,
상기 디바이스는,
상기 다이어프램에 가해지는 힘을 조정하기 위해 상기 구동 압전 구성요소를 사용하여, 제 1 레이트 범위 내에서 상기 디바이스를 통한 프로세스 유체의 유동을 조절하도록 구성되며,
상기 작동 메카니즘은 상기 다이어프램과 접촉하는 제 1 단부 및 상기 구동 압전 구성요소와 접촉하는 제 2 단부를 갖는 적어도 하나의 피스톤을 더 포함하고,
상기 디바이스는,
상기 적어도 하나의 피스톤에 가해지는 힘을 조정하도록 상기 구동 압전 구성요소를, 그리고 상기 다이어프램에 힘을 인가하도록 상기 적어도 하나의 피스톤을 사용하여, 상기 디바이스를 통한 상기 프로세스 유체의 유동을 감소시키거나 차단하도록 더 구성되는, 프로세스 유체 유동 제어 디바이스.1. A process fluid flow control device comprising an inlet, an outlet, an actuating mechanism and a diaphragm, comprising:
the diaphragm is in direct operative communication with the outlet and/or the inlet,
The actuating mechanism includes a driving piezoelectric component,
The device is,
configured to regulate the flow of process fluid through the device within a first rate range using the actuating piezoelectric component to adjust a force applied to the diaphragm;
the actuation mechanism further comprises at least one piston having a first end in contact with the diaphragm and a second end in contact with the drive piezoelectric component,
The device is,
Using the actuating piezoelectric component to adjust a force applied to the at least one piston, and the at least one piston to apply a force to the diaphragm, reduce or block flow of the process fluid through the device. A process fluid flow control device further configured to:
상기 디바이스는 정상 개방되고,
상기 디바이스는 상기 적어도 하나의 피스톤에 힘을 인가하여, 상기 디바이스를 통한 유동을 차단하기 위한 공압 수단을 더 포함하는, 프로세스 유체 유동 제어 디바이스.According to claim 4,
The device is normally open,
The device further comprises pneumatic means for applying a force to the at least one piston to block flow through the device.
상기 제 2 단부는 상기 구동 압전 구성요소의 자유 단부와 접촉하고,
상기 구동 압전 구성요소는 만곡형인, 프로세스 유체 유동 제어 디바이스.According to claim 5,
the second end contacts the free end of the actuating piezoelectric component,
The process fluid flow control device of claim 1, wherein the actuating piezoelectric component is curved.
상기 구동 압전 구성요소는 만곡-유도 레버 증폭 구성요소인, 프로세스 유체 유동 제어 디바이스.According to claim 1,
The process fluid flow control device of claim 1, wherein the actuating piezoelectric component is a bend-inducing lever amplifying component.
상기 구동 압전 구성요소가 사용될 때, 상기 가압 공기는 상기 다이어프램에 대하여 상기 피스톤을 가압하는 스프링에 대하여 밀고, 따라서 상기 디바이스를 통한 상기 프로세스 유체의 유동을 허용하는, 프로세스 유체 유동 제어 디바이스.According to claim 1,
When the driven piezoelectric component is used, the pressurized air pushes against a spring that presses the piston against the diaphragm, thus allowing flow of the process fluid through the device.
상기 피스톤의 제 1 위치를 측정하고, 측정된 위치에 따라서 상기 피스톤의 위치를 제 2 미리 결정된 위치로 조절하도록 상기 구동 압전 구성요소를 사용하여, 상기 디바이스를 통해 상기 프로세스 유체의 유동을 미리 결정된 원하는 유동으로 조정하기 위한 수단을 더 포함하는, 프로세스 유체 유동 제어 디바이스.According to claim 4,
Measuring a first position of the piston and using the actuating piezoelectric component to adjust the position of the piston to a second predetermined position according to the measured position, thereby directing the flow of the process fluid through the device to a predetermined desired position. A process fluid flow control device further comprising means for regulating the flow.
상기 디바이스는 상기 제 1 레이트 범위가 아닌 레이트 범위 내에서 상기 디바이스를 통한 유체의 유동을 조절하기 위해 적어도 하나의 교체 구동 압전 구성요소를 사용하도록 구성되는, 키트.A kit comprising a device according to any one of claims 1 and 3 to 9 or a high purity gas line comprising the device of claim 1 and at least one replacement actuating mechanism comprising a replacement actuating piezoelectric component,
wherein the device is configured to use at least one replacement actuated piezoelectric component to regulate the flow of fluid through the device within a rate range other than the first rate range.
상기 출구 및/또는 상기 입구와 직접 작동 연통하는 다이어프램을 제공하는 단계,
구동 압전 구성요소를 제공하는 단계,
상기 다이어프램에 가해지는 힘을 조정하도록 상기 구동 압전 구성요소를 사용하여, 제 1 레이트 범위 내에서 디바이스를 통한 유체의 유동을 조절하는 단계,
상기 다이어프램과 직접 작동 연통하며 상기 구동 압전 구성요소에 인접하고 배럴 내에 꼭 맞게 둘러싸인 상부 부분을 가지는 중공 피스톤을 제공하는 단계,
상기 중공 피스톤에 가압 공기를 인가하는 단계,
상기 중공 피스톤에 가해지는 힘을 조정하도록 상기 구동 압전 구성요소를 사용하는 단계,
그 후에, 상기 중공 피스톤이 상기 다이어프램에 힘을 인가하여, 상기 디바이스를 통한 유체의 유동을 감소시키거나 차단하는 단계 및
상기 중공 피스톤으로의 가압 공기의 유동을 허용하도록 상기 구동 압전 구성요소를 사용하여, 상기 입구에서부터 상기 출구로의 유체 유동을 허용하고, 상기 구동 압전 구성요소가 사용되지 않을 때, 상기 구동 압전 구성요소는 상기 배럴을 차단하고, 따라서 상기 중공 피스톤을 통한 가압 공기의 통과를 방지하는 단계
를 포함하는, 유체 유동을 제어하기 위한 방법.A method for controlling fluid flow from an inlet to an outlet, comprising:
providing a diaphragm in direct operative communication with said outlet and/or said inlet;
providing a driven piezoelectric component;
regulating the flow of fluid through the device within a first rate range using the actuating piezoelectric component to adjust a force applied to the diaphragm;
providing a hollow piston in direct operative communication with the diaphragm and having an upper portion adjacent the drive piezoelectric component and snugly enclosed within a barrel;
Applying pressurized air to the hollow piston,
using the actuating piezoelectric component to adjust a force applied to the hollow piston;
Thereafter, the hollow piston applies a force to the diaphragm to reduce or block the flow of fluid through the device, and
using the driven piezoelectric component to allow flow of pressurized air to the hollow piston, allowing fluid flow from the inlet to the outlet, and when the driven piezoelectric component is not in use, the driven piezoelectric component blocking the barrel and thus preventing passage of pressurized air through the hollow piston.
A method for controlling fluid flow, comprising:
상기 중공 피스톤의 제 1 위치를 측정하는 단계,
상기 중공 피스톤의 위치를 제 2 미리 결정된 위치로 조정하도록 측정된 위치에 따라 상기 구동 압전 구성요소를 사용하여, 상기 입구에서부터 상기 출구로의 유체 유동을 미리 결정된 원하는 유동으로 조정하는 단계
를 더 포함하는, 유체 유동을 제어하기 위한 방법.According to claim 13,
measuring a first position of the hollow piston,
adjusting the fluid flow from the inlet to the outlet to a predetermined desired flow using the drive piezoelectric component in accordance with the measured position to adjust the position of the hollow piston to a second predetermined position.
A method for controlling fluid flow, further comprising:
상기 출구로부터 유체의 질량 유동을 측정하는 단계,
측정된 질량 유동을 상기 출구로부터의 미리 결정된 원하는 질량 유동과 비교하는 단계, 및
상기 다이어프램에 가해지는 힘을 조정하여 상기 출구로부터의 유체 유동을 원하는 질량 유동으로 조정하도록 상기 구동 압전 구성요소를 사용하는 단계
를 더 포함하는, 유체 유동을 제어하기 위한 방법.The method of claim 13 or 14,
measuring the mass flow of fluid from the outlet;
comparing the measured mass flow to a predetermined desired mass flow from the outlet, and
Using the driven piezoelectric component to adjust the force applied to the diaphragm to adjust fluid flow from the outlet to a desired mass flow.
A method for controlling fluid flow, further comprising:
Applications Claiming Priority (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
IL268254A IL268254B1 (en) | 2019-07-24 | 2019-07-24 | Fluid-flow control device |
IL268254 | 2019-07-24 | ||
PCT/IL2020/050822 WO2021014451A1 (en) | 2019-07-24 | 2020-07-23 | Fluid-flow control device |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
KR20220080073A KR20220080073A (en) | 2022-06-14 |
KR102665903B1 true KR102665903B1 (en) | 2024-05-13 |
Family
ID=68069434
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
KR1020227005975A KR102665903B1 (en) | 2019-07-24 | 2020-07-23 | fluid flow control device |
Country Status (6)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US20220260171A1 (en) |
EP (1) | EP4004411A4 (en) |
JP (1) | JP7516507B2 (en) |
KR (1) | KR102665903B1 (en) |
IL (1) | IL268254B1 (en) |
WO (1) | WO2021014451A1 (en) |
Families Citing this family (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP7382893B2 (en) * | 2020-04-17 | 2023-11-17 | 東京エレクトロン株式会社 | Raw material supply equipment and film forming equipment |
JP7045738B1 (en) * | 2021-03-23 | 2022-04-01 | 株式会社リンテック | Always closed flow control valve |
WO2022221674A1 (en) * | 2021-04-16 | 2022-10-20 | Newberg Douglas Arthur | Valve actuator assembly |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR100201048B1 (en) | 1995-07-14 | 1999-06-15 | 오가와 슈우헤이 | Fluid control system and valve to be used therein |
JP2010230159A (en) | 2009-03-27 | 2010-10-14 | Horiba Stec Co Ltd | Flow control valve |
DE202018103257U1 (en) | 2018-06-11 | 2018-07-12 | Hoerbiger Automatisierungstechnik Holding Gmbh | safety valve |
WO2019059043A1 (en) * | 2017-09-25 | 2019-03-28 | 株式会社フジキン | Valve device, flow adjustment method, fluid control device, flow control method, semiconductor manufacturing device, and semiconductor manufacturing method |
Family Cites Families (43)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US3451423A (en) * | 1967-12-15 | 1969-06-24 | Hills Mccanna Co | Fluid actuated diaphragm valve |
GB2051312A (en) * | 1979-05-19 | 1981-01-14 | Martonair Ltd | Fluid-operable valve or actuator therefor including a piezo-electric crystal actuating device |
AT380934B (en) * | 1983-01-13 | 1986-07-25 | Enfo Grundlagen Forschungs Ag | ELECTRICAL-PNEUMATIC SIGNAL CONVERTER |
DE3515499C2 (en) * | 1984-05-01 | 1994-08-04 | Smc Kk | Electropneumatic converter |
US4695034A (en) * | 1984-11-27 | 1987-09-22 | Stec Inc. | Fluid control device |
JPS61173319A (en) * | 1985-01-26 | 1986-08-05 | Shoketsu Kinzoku Kogyo Co Ltd | Regulator for fluid |
JPS6440776A (en) * | 1987-08-05 | 1989-02-13 | Koganei Ltd | Pressure control valve |
GB8811123D0 (en) * | 1988-05-11 | 1988-06-15 | Watson Smith Ltd | Pressure regulator |
US5092360A (en) * | 1989-11-14 | 1992-03-03 | Hitachi Metals, Ltd. | Flow rated control valve using a high-temperature stacked-type displacement device |
GB9105341D0 (en) * | 1991-03-13 | 1991-04-24 | Watson Smith Ltd | I/p converters |
WO1992021941A1 (en) * | 1991-05-20 | 1992-12-10 | Computer Control Corporation | Flow calibrator |
JP2559919B2 (en) * | 1991-06-14 | 1996-12-04 | シーケーディ株式会社 | Electro-pneumatic regulator |
US5441597A (en) * | 1992-12-01 | 1995-08-15 | Honeywell Inc. | Microstructure gas valve control forming method |
IT1264866B1 (en) * | 1993-06-22 | 1996-10-17 | Nuovo Pignone Spa | PERFECTED ELECTRO-PNEUMATIC CONVERTER WITH SOLENOID VALVE CONTROL |
JP2677536B2 (en) * | 1995-09-01 | 1997-11-17 | シーケーディ株式会社 | Vacuum pressure control system |
DE19534017C2 (en) * | 1995-09-14 | 1997-10-09 | Samson Ag | Electric-pneumatic system |
US5931186A (en) * | 1996-03-01 | 1999-08-03 | Skoglund; Paul K. | Fluid flow control valve and actuator for changing fluid flow rate |
JP4140742B2 (en) * | 1997-08-07 | 2008-08-27 | 東京エレクトロン株式会社 | Pressure and flow rate control method and apparatus |
JPH11344151A (en) * | 1998-06-02 | 1999-12-14 | Fujikin Inc | Controller |
JP3437811B2 (en) * | 1999-05-12 | 2003-08-18 | 藤倉ゴム工業株式会社 | Two-stage switching valve and booster type two-stage switching valve |
US6302495B1 (en) * | 1999-06-04 | 2001-10-16 | Ge Harris Railway Electronics, Llc | Railway car braking system including piezoelectric pilot valve and associated methods |
GB9922069D0 (en) * | 1999-09-17 | 1999-11-17 | Technolog Ltd | Water distribution pressure control method and apparatus |
JP2001317646A (en) * | 2000-05-08 | 2001-11-16 | Smc Corp | Piezoelectric fluid control valve |
JP2002139161A (en) * | 2000-11-06 | 2002-05-17 | Smc Corp | Two-way valve |
JP3825360B2 (en) * | 2002-04-30 | 2006-09-27 | Smc株式会社 | Flow control valve with indicator |
US7100628B1 (en) * | 2003-11-18 | 2006-09-05 | Creare Inc. | Electromechanically-assisted regulator control assembly |
US8444698B2 (en) * | 2004-12-29 | 2013-05-21 | Depuy Products, Inc. | Joint prosthesis with infinitely positionable head |
DE102005018730B4 (en) * | 2005-04-22 | 2008-04-03 | Karl Dungs Gmbh & Co. Kg | Valve arrangement with piezo control |
JP5054904B2 (en) * | 2005-08-30 | 2012-10-24 | 株式会社フジキン | Direct touch type metal diaphragm valve |
US8141844B2 (en) * | 2005-10-26 | 2012-03-27 | Codman NeuroSciences Sàrl | Flow rate accuracy of a fluidic delivery system |
JP4743763B2 (en) * | 2006-01-18 | 2011-08-10 | 株式会社フジキン | Piezoelectric element driven metal diaphragm type control valve |
DE102007062207B4 (en) * | 2007-12-21 | 2010-08-19 | Samson Ag | Pneumatic amplifier and arrangement for setting a control armature of a process plant |
DE102008057415B3 (en) * | 2008-11-14 | 2010-06-17 | Hoerbiger Automatisierungstechnik Holding Gmbh | Machine for processing a workpiece by means of a laser beam |
US9273794B2 (en) * | 2008-12-29 | 2016-03-01 | Roger Gregoire | Pneumatic valve actuator having integral status indication |
JP5613420B2 (en) * | 2010-02-05 | 2014-10-22 | 株式会社フジキン | Fluid controller |
JP5597468B2 (en) * | 2010-07-27 | 2014-10-01 | 株式会社フジキン | Air operated valve |
US20130167843A1 (en) * | 2011-12-31 | 2013-07-04 | Nellcor Puritan Bennett Llc | Piezoelectric blower piloted valve |
US8783652B2 (en) * | 2012-03-12 | 2014-07-22 | Mps Corporation | Liquid flow control for film deposition |
DE102012017713A1 (en) * | 2012-09-07 | 2014-03-13 | Hoerbiger Automatisierungstechnik Holding Gmbh | Fluidic actuator |
JP6194097B2 (en) * | 2014-02-24 | 2017-09-06 | 株式会社フジキン | Piezoelectric linear actuator, piezoelectric drive valve, and flow control device |
CN109952459B (en) * | 2016-11-08 | 2021-02-26 | 株式会社富士金 | Valve device, flow rate control method using the valve device, and semiconductor manufacturing method |
WO2019164700A1 (en) * | 2018-02-22 | 2019-08-29 | Swagelok Company | Flow control device with flow adjustment mechanism |
WO2019238519A1 (en) * | 2018-06-11 | 2019-12-19 | Hoerbiger Flow Control Gmbh | Safety valve |
-
2019
- 2019-07-24 IL IL268254A patent/IL268254B1/en unknown
-
2020
- 2020-07-23 JP JP2022504614A patent/JP7516507B2/en active Active
- 2020-07-23 EP EP20845014.8A patent/EP4004411A4/en active Pending
- 2020-07-23 KR KR1020227005975A patent/KR102665903B1/en active IP Right Grant
- 2020-07-23 US US17/629,329 patent/US20220260171A1/en active Pending
- 2020-07-23 WO PCT/IL2020/050822 patent/WO2021014451A1/en active Application Filing
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR100201048B1 (en) | 1995-07-14 | 1999-06-15 | 오가와 슈우헤이 | Fluid control system and valve to be used therein |
JP2010230159A (en) | 2009-03-27 | 2010-10-14 | Horiba Stec Co Ltd | Flow control valve |
WO2019059043A1 (en) * | 2017-09-25 | 2019-03-28 | 株式会社フジキン | Valve device, flow adjustment method, fluid control device, flow control method, semiconductor manufacturing device, and semiconductor manufacturing method |
DE202018103257U1 (en) | 2018-06-11 | 2018-07-12 | Hoerbiger Automatisierungstechnik Holding Gmbh | safety valve |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
KR20220080073A (en) | 2022-06-14 |
IL268254A (en) | 2021-01-31 |
EP4004411A4 (en) | 2023-03-22 |
EP4004411A1 (en) | 2022-06-01 |
IL268254B1 (en) | 2024-06-01 |
JP2022542892A (en) | 2022-10-07 |
WO2021014451A1 (en) | 2021-01-28 |
US20220260171A1 (en) | 2022-08-18 |
JP7516507B2 (en) | 2024-07-16 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
KR102665903B1 (en) | fluid flow control device | |
KR101887364B1 (en) | Pressure-type flow control device and method for preventing overshooting at start of flow control performed by said device | |
US7861740B2 (en) | Digital flow control | |
US11054052B2 (en) | Piezoelectric-element-driven valve and flow rate control device | |
US7343845B2 (en) | Fluid operated position regulator | |
US6152168A (en) | Pressure-type flow rate control apparatus | |
US8210196B2 (en) | Vacuum control system and vacuum control method | |
KR102237042B1 (en) | Valve device, flow control method and semiconductor manufacturing method using this valve device | |
KR102210582B1 (en) | Valve device, flow control method, fluid control device, flow control method, semiconductor manufacturing device and semiconductor manufacturing method | |
US10203704B2 (en) | Fluid metering valve | |
KR100670716B1 (en) | Proportional pressure regulator having positive and negative pressure delivery capability | |
WO1981001475A1 (en) | Current to pressure converter apparatus | |
US20010035512A1 (en) | Environmentally friendly electro-pneumatic positioner | |
WO2019059040A1 (en) | Valve device, adjustment information generating method, flow adjustment method, fluid control device, flow control method, semiconductor manufacturing device and semiconductor manufacturing method | |
CN108291563B (en) | Fluid control device and method for operating a fluid control device | |
US11674603B2 (en) | Diaphragm valve and flow rate control device | |
JP6818357B2 (en) | Piezoelectric valve and flow control device | |
KR102304548B1 (en) | Valve device and control method using the same, fluid control device and semiconductor manufacturing device | |
JP7161157B2 (en) | Actuators, fluid control valves and valve monitors | |
US20190389564A1 (en) | Hydraulic stage | |
US20230003306A1 (en) | Diaphragm valve, flow control device, fluid control device, and semiconductor manufacturing device | |
TWI786695B (en) | Fluid control device, fluid supply system and fluid supply method | |
JP7382054B2 (en) | Valve devices and flow control devices | |
JP2021055768A (en) | Valve device and mass flow controller using the same |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
E902 | Notification of reason for refusal | ||
E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
GRNT | Written decision to grant |